二维双相介质地震波场模拟：瓦斯影响下的煤层特性研究

煤储层双相各向同性地震波场模拟是现代地质勘探与矿产开采领域的重要研究内容。该研究基于二维-二分量弹性波方程的交错网格高阶有限差分方法，对三种不同类型的煤储层模型进行了详尽的数值模拟：单相介质的原生煤，单相介质的构造煤，以及包含瓦斯的双相介质构造煤。这些模型代表了煤层的不同结构状态，其中瓦斯的存在对地震波场特性有显著影响。 通过模拟，研究者发现，当煤层中存在瓦斯（如瓦斯突出煤体和煤层气富集煤体）时，地震波场的特征与不含瓦斯的原生煤相比，显示出明显的变化。具体表现为有效平均频率、相对振幅以及地震属性，如积分振幅与时差之积，这些参数发生了较大改变。这些地震属性的变化对于识别和理解瓦斯活动及其对煤层稳定性的影响至关重要。 瓦斯突出煤体由于受到构造应力的作用，其煤体结构破坏严重，强度较低，这使得它在地震波传播中表现出独特的响应，而煤层气富集煤体虽然存在大量裂隙，但由于结构完整，强度较高，其地震特性与突出煤体截然不同。因此，地震属性技术在区分这两种类型的煤体上具有潜在的价值。 本研究还涉及到煤与瓦斯突出及煤层气富集区的预测，将煤体结构分为原生结构煤和构造煤，它们之间的过渡类型为碎裂煤。原生结构煤保持了原始沉积结构，结构稳定，而构造煤则是经历了构造应力和动力变质作用后的产物，表现出不同的力学性质。 双相介质理论在此研究中起到了核心作用，它强调了地下介质是由固体岩石骨架和流动的流体（如瓦斯）共同构成的。这种理论对于理解和解释地震波在含有瓦斯的煤层中的传播行为至关重要，有助于提高地震勘探的精度，为煤层安全性评估和灾害预防提供科学依据。 这项工作不仅深化了我们对含瓦斯煤层地震波场特性的理解，也为煤炭资源开发和瓦斯安全管理提供了关键技术支持。通过地震属性技术的应用，研究人员有望在实际操作中更准确地识别和预警可能出现的瓦斯突出风险，从而保障煤矿作业的安全。